JP4702223B2 - Laser optical device - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光学装置に関し、特に集光したレーザ光を光ファイバ入射面に位置合わせするレーザ光学装置に関する。   The present invention relates to a laser optical device, and more particularly to a laser optical device that aligns focused laser light with an optical fiber incident surface.

レーザ光学装置は、半導体レーザ(以下、LDと称する。)で発光し情報による変調を施されたレーザ信号光を光ファイバに伝達させたり、また、光ファイバから出射されたレーザ信号光を他の光ファイバに伝達させる為の装置であり、LD、LDまたは光ファイバからのレーザ信号光を集光させる集光レンズ、および光ファイバ等の光学部品から構成される。   A laser optical device transmits laser signal light emitted by a semiconductor laser (hereinafter referred to as LD) and modulated by information to an optical fiber, or transmits laser signal light emitted from the optical fiber to other optical signals. It is an apparatus for transmitting to an optical fiber, and is composed of an optical component such as an LD, a condensing lens for condensing laser signal light from the LD or the optical fiber, and an optical fiber.

このようなレーザ光学装置において、LD、集光レンズ等は、コア径が数μmの光ファイバに対して高精度に位置決めしなければならず、通常、これらの光学部品は溶着あるいは接着剤を用いて固定される。   In such a laser optical device, an LD, a condensing lens, etc. must be positioned with high accuracy with respect to an optical fiber having a core diameter of several μm. Usually, these optical components use welding or an adhesive. Fixed.

しかしながら、このように部品の相互位置を接着剤を用いて高精度に位置決め固定することによってレーザ光学装置を構成したとしても、次のような問題点が残される。第1に、このようにレーザ光学装置を製造した場合、接着後、乾燥した後でなければ製品の良否を判定できない点である。また、この様なレーザ光学装置で高い歩留まりを達成することは比較的難しいと考えられる。第2に、性能に経時変化があった場合、修正することが不可能であるという点である。第3に、温度変化により、固定された位置がずれる恐れがあるという点である。特にレーザ光源が光学部品の近くにある場合、レーザ光源の自己発熱による影響は大である。   However, even if the laser optical apparatus is configured by positioning and fixing the mutual positions of the parts with an adhesive in this way, the following problems remain. First, when a laser optical device is manufactured in this way, the quality of a product can only be determined after being bonded and dried. In addition, it is considered relatively difficult to achieve a high yield with such a laser optical device. Second, it is impossible to correct the performance when there is a change over time. Third, there is a possibility that the fixed position may be shifted due to a temperature change. In particular, when the laser light source is in the vicinity of the optical component, the influence of self-heating of the laser light source is significant.

そこで、振動等の機械的条件の変化、周囲温度の変化、経時変化等を含む環境変化に影響されることなく、高い性能を維持できるレーザ光学装置の構成が望まれ、種々検討されてきた。   Therefore, a configuration of a laser optical device capable of maintaining high performance without being affected by environmental changes including changes in mechanical conditions such as vibration, changes in ambient temperature, changes with time, and the like has been desired and variously studied.

例えば、レーザ光源からのレーザ信号光を光ファイバに向けて集光させる集光レンズと、集光レンズを移動させるためのアクチュエータと、光ファイバ内に導かれたレーザ信号光の強度を検出する光検出器と、レーザ信号光を偏向する光偏向手段と、光検出器の出力を光偏向手段に負帰還制御する制御手段と、を有する構成とし、制御手段は、光偏向手段によってレーザ信号光をX方向またはY方向で一定周期、一定振幅で微小振動(ウォブリング)させつつ光検出器でレーザ信号光の強度変化を検出し、その結果に基づいて、レーザ信号光の光ファイバ入射面内におけるコア中心からのずれを把握し、レーザ信号光をコア中心に向けるように制御する光通信装置の技術(特許文献1参照)が知られている。
特開2003−338795号公報
For example, a condensing lens for condensing laser signal light from a laser light source toward an optical fiber, an actuator for moving the condensing lens, and light for detecting the intensity of the laser signal light guided into the optical fiber A detector, an optical deflecting unit that deflects the laser signal light, and a control unit that performs negative feedback control of the output of the optical detector to the optical deflecting unit. A light detector detects a change in the intensity of the laser signal light while wobbling it with a constant period and a constant amplitude in the X direction or the Y direction, and based on the result, the core of the laser signal light in the optical fiber incident surface A technique of an optical communication device that grasps a deviation from the center and controls the laser signal light to be directed toward the center of the core (see Patent Document 1) is known.
JP 2003-338895 A

ところで、通信データや画像データ等の情報による変調が施されたレーザ信号光は、ウォブリング等によるレーザ信号光の強度変化に影響されることなく情報を正確に伝送することが要求される。   By the way, the laser signal light modulated by information such as communication data and image data is required to transmit information accurately without being influenced by the intensity change of the laser signal light due to wobbling or the like.

しかしながら、特許文献1に開示されている光通信装置においては、ウォブリングによるレーザ信号光の強度変化を考慮し、該強度変化に影響されることなく情報を正確に伝送する為の対応を示唆するものではなかった。   However, in the optical communication device disclosed in Patent Document 1, the intensity change of the laser signal light due to wobbling is taken into consideration, and a measure for accurately transmitting information without being affected by the intensity change is suggested. It wasn't.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、情報による変調を施され集光されたレーザ信号光を光ファイバ入射面に位置合わせするレーザ光学装置において、正確に情報を伝送し、高い性能を維持することが可能なレーザ光学装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in a laser optical device that aligns a laser signal light modulated and condensed by information with an optical fiber incident surface, accurately transmits information and has high performance. An object of the present invention is to provide a laser optical device capable of maintaining the above.

上記目的は、下記の1から6のいずれか1項に記載の発明によって達成される。 The above object is achieved by the invention described in any one of 1 to 6 below.

1.情報による変調を施されたレーザ信号光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光出射部より出射されたレーザ信号光を受光するレーザ光受光部と、
前記レーザ光出射部より出射されたレーザ信号光を前記レーザ光受光部に導く集光光学ユニットと、
前記集光光学ユニットを移動させるアクチュエータと、
前記レーザ光受光部に導入されたレーザ信号光の強度を検出する強度検出部と、
前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と、を有するレーザ光学装置において、
前記情報は、制御信号とデータ信号とを含み、
前記制御信号は、一定の周期で繰返し出力され、
前記制御部は、
前記レーザ信号光に含まれる前記制御信号に同期して、前記データ信号が出力されていない期間に、前記集光光学ユニットを微小振幅で往復させるように前記アクチュエータを駆動して、前記強度検出部で検出されたレーザ信号光の強度に基づいて、前記集光光学ユニットによって導かれるレーザ信号光と前記レーザ光受光部との位置合わせを繰り返すことを特徴とするレーザ光学装置。
1. A laser beam emitting unit that emits laser signal light modulated by information;
A laser light receiving part for receiving the laser signal light emitted from the laser light emitting part;
A condensing optical unit for guiding the laser signal light emitted from the laser light emitting unit to the laser light receiving unit;
An actuator for moving the condensing optical unit;
An intensity detector that detects the intensity of the laser signal light introduced into the laser beam receiver;
A laser optical device having a control unit that controls driving of the actuator;
The information includes a control signal and a data signal,
The control signal is repeatedly output at a constant period,
The controller is
In synchronism with the control signal included in the laser signal light, the intensity detection unit drives the actuator to reciprocate the condensing optical unit with a minute amplitude during a period when the data signal is not output. A laser optical device that repeats alignment of the laser signal light guided by the condensing optical unit and the laser light receiving unit based on the intensity of the laser signal light detected in step (1) .

2.前記情報は、通信情報あるいは画像情報であることを特徴とする前記1に記載のレーザ光学装置。 2. 2. The laser optical device according to 1 above , wherein the information is communication information or image information .

3.前記制御信号は、前記情報に含まれる同期信号であることを特徴とする前記1または2に記載のレーザ光学装置。 3. 3. The laser optical apparatus according to 1 or 2, wherein the control signal is a synchronization signal included in the information .

4.前記アクチュエータ、前記集光光学ユニットを、その光軸に垂直な直交する2方向に移動させることを特徴とする前記1から3のいずれか1項に記載のレーザ光学装置。 4). The actuator pre Symbol converging optical unit, a laser optical apparatus according to any one of the items 1 to 3, characterized in that moving in two directions perpendicular orthogonal to the optical axis.

5.前記制御信号は、一定の周期で繰返し出力され、
前記制御部は、隣接する少なくとも2つの、前記制御信号に同期して、前記データ信号が出力されていない期間に前記集光光学ユニットが1サイクルの位置合わせを行うように前記アクチュエータを駆動することを特徴とする前記1からのいずれか1項に記載のレーザ光学装置。
5. The control signal is repeatedly output at a constant period,
The controller drives the actuator so that the condensing optical unit performs one-cycle alignment in a period in which the data signal is not output in synchronization with at least two adjacent control signals. 5. The laser optical device according to any one of 1 to 4 , wherein:

6.前記アクチュエータは、圧電素子と、該圧電素子とともに振動できるように固定された振動体と、該振動体に摩擦係合された移動体と、を有し、
前記集光光学ユニットが前記移動体に搭載されたことを特徴とする前記1から5のいずれか1項に記載のレーザ光学装置。
6). The actuator includes a piezoelectric element, a vibrating body fixed so as to vibrate with the piezoelectric element, and a moving body frictionally engaged with the vibrating body,
6. The laser optical device according to any one of 1 to 5, wherein the condensing optical unit is mounted on the moving body .

本発明によれば、レーザ信号光に含まれる所定の信号に同期した所定の期間にアクチュエータを駆動させて集光光学ユニットを移動させ、集光光学ユニットによって導かれるレーザ信号光とレーザ光受光部との位置合わせを行う様にした。すなわち、通信情報や画像情報等の情報による変調が施されたレーザ信号光において、該レーザ信号光がレーザ光受光部の入射面内の中心に向かうように制御を行う場合、通信情報や画像情報等の情報に含まれる制御信号、例えばスタートビットまたはストップビットあるいは同期信号等に同期した所定の期間にアクチュエータを駆動させる様にした。したがって、通信情報や画像情報等に含まれるデータ信号が出力されている間はアクチュエータの駆動は停止されていることから、集光光学ユニットの位置は固定されている。これにより、データ信号は、位置制御動作によるレーザ信号光の強度変化に影響されることなく正確に伝送されることが可能となる。また、位置制御動作は、間断なく実行することなく、例えば制御信号や同期信号が出力されている間にのみ実行する様にしたので、消費電力の増加を抑制することができる。   According to the present invention, the actuator is driven to move the condensing optical unit during a predetermined period synchronized with the predetermined signal included in the laser signal light, and the laser signal light and the laser light receiving unit guided by the condensing optical unit Aligned with. That is, in the case of controlling the laser signal light modulated by information such as communication information and image information so that the laser signal light is directed toward the center of the incident surface of the laser light receiving unit, the communication information and image information The actuator is driven during a predetermined period synchronized with a control signal included in the information such as a start bit, a stop bit, or a synchronization signal. Therefore, the actuator is stopped while a data signal included in communication information, image information, or the like is being output, so the position of the condensing optical unit is fixed. As a result, the data signal can be transmitted accurately without being influenced by the intensity change of the laser signal light caused by the position control operation. Further, since the position control operation is executed without interruption, for example, only while the control signal or the synchronization signal is output, an increase in power consumption can be suppressed.

また、アクチュエータは、圧電素子と、該圧電素子とともに振動できるように固定された振動体と、該振動体に摩擦係合され移動体と、を備え、該移動体に搭載された集光光学ユニットを移動させて、集光光学ユニットによって導かれるレーザ信号光とレーザ光受光部との位置合わせを行う様にした。すなわち、微小振動を行うことができる振動体により集光光学ユニットを移動させる様にしたので、高分解能、高精度でサブミクロンオーダの位置制御が可能となり、いつも高い性能を維持することができる。また、アクチュエータは摩擦係合を利用して集光光学ユニットを移動させるので、アクチュエータへの通電を停止し駆動を停止させている間、集光光学ユニットは姿勢を維持することができる。したがって、消費電力の増加を招くことなく容易に集光光学ユニットの位置を固定することができる。   The actuator includes a piezoelectric element, a vibrating body fixed so as to vibrate together with the piezoelectric element, and a moving body frictionally engaged with the vibrating body, and a condensing optical unit mounted on the moving body The laser signal light guided by the condensing optical unit and the laser light receiving unit are aligned. That is, since the condensing optical unit is moved by a vibrating body capable of performing minute vibrations, sub-micron order position control is possible with high resolution and high accuracy, and high performance can always be maintained. Further, since the actuator moves the condensing optical unit using frictional engagement, the condensing optical unit can maintain the posture while the energization to the actuator is stopped and the driving is stopped. Therefore, the position of the condensing optical unit can be easily fixed without increasing the power consumption.

以下図面に基づいて、本発明に係るレーザ光学装置の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。   Embodiments of a laser optical device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, although this invention is demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this embodiment.

最初に、レーザ光学装置1の構成を図1を用いて説明する。図1は、レーザ光学装置1の全体構成の概要を示す図である。   First, the configuration of the laser optical device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the overall configuration of the laser optical device 1.

レーザ光学装置1は、図1に示す様に、光ファイバ21,22、集光光学ユニット3、コリメータレンズ41,42、ハーフミラー5、フォトダイオード6、制御部7、およびアクチュエータ8,9等を有する。   As shown in FIG. 1, the laser optical device 1 includes optical fibers 21 and 22, a condensing optical unit 3, collimator lenses 41 and 42, a half mirror 5, a photodiode 6, a control unit 7, and actuators 8 and 9. Have.

光ファイバ21,22、集光光学ユニット3、コリメータレンズ41,42は共通の光軸上に配置され、光ファイバ21より出射されたレーザ光は、集光光学ユニット3によって光ファイバ22の入射面22aに向けて集光される。この様に光ファイバ21,22は、それぞれ本発明に係るレーザ光学装置におけるレーザ光出射部、レーザ光受光部として機能する。尚、レーザ光出射部としては、光ファイバ21の替わりにLDを、また、レーザ光受光部としては、光ファイバ22の替わりに光導波路等を用いてもよい。尚、例えば、光ファイバの場合、入射面の大きさは直径10μmであり、導波路の場合、入射面の大きさは2μm×1μmである。   The optical fibers 21 and 22, the condensing optical unit 3, and the collimator lenses 41 and 42 are arranged on a common optical axis, and the laser light emitted from the optical fiber 21 is incident on the incident surface of the optical fiber 22 by the condensing optical unit 3. It is condensed toward 22a. As described above, the optical fibers 21 and 22 function as a laser beam emitting unit and a laser beam receiving unit in the laser optical device according to the present invention, respectively. Note that an LD may be used instead of the optical fiber 21 as the laser light emitting portion, and an optical waveguide or the like may be used instead of the optical fiber 22 as the laser light receiving portion. For example, in the case of an optical fiber, the size of the incident surface is 10 μm in diameter, and in the case of a waveguide, the size of the incident surface is 2 μm × 1 μm.

ハーフミラー5は、光ファイバ22の出射面22bから出射されたレーザ光の一部を反射させてフォトダイオード6に導く。   The half mirror 5 reflects a part of the laser beam emitted from the emission surface 22 b of the optical fiber 22 and guides it to the photodiode 6.

フォトダイオード6は、本発明における強度検出部に該当し、ハーフミラー5で導かれたレーザ光の強度を検出し電気信号に変換する。   The photodiode 6 corresponds to an intensity detector in the present invention, and detects the intensity of the laser beam guided by the half mirror 5 and converts it into an electric signal.

制御部7は、フォトダイオード6で検出されたレーザー光の強度に基づいて、アクチュエータ8,9を介して集光光学ユニット3の位置を変化させ、集光光学ユニット3によって導かれるレーザ光が光ファイバ22の入射面22a内の中心に向かうようにアクチュエータ8,9の作動を制御する。尚、制御部によるアクチュエータ8,9の制御の詳細は後述する。   The control unit 7 changes the position of the condensing optical unit 3 via the actuators 8 and 9 based on the intensity of the laser light detected by the photodiode 6, and the laser light guided by the condensing optical unit 3 is light. The operation of the actuators 8 and 9 is controlled so as to be directed toward the center in the incident surface 22a of the fiber 22. Details of the control of the actuators 8 and 9 by the control unit will be described later.

アクチュエータ8,9は、後述の積層型、またはロール型の圧電素子811と、圧電素子811とともに振動できるように固定され、本発明における振動体に該当する駆動軸812と、駆動軸812に摩擦係合された移動体814と、を備え、移動体814に搭載された集光光学ユニット3を移動させる。アクチュエータ8は、集光光学ユニット3を、その光軸に垂直な面内の1つの軸方向(X軸方向)で移動させることができ、一方、アクチュエータ9は、集光光学ユニット3を、その光軸に垂直な面内でX軸方向と直交するY軸方向で移動させることができる。尚、アクチュエータ8,9の構成は後述する。   The actuators 8 and 9 are fixed so as to be able to vibrate together with a laminated or roll-type piezoelectric element 811 described later, and the piezoelectric element 811, and a frictional engagement with the driving shaft 812 corresponding to the vibrating body in the present invention and the driving shaft 812. And the converging optical unit 3 mounted on the moving body 814 is moved. The actuator 8 can move the condensing optical unit 3 in one axial direction (X-axis direction) in a plane perpendicular to the optical axis, while the actuator 9 allows the condensing optical unit 3 to move It can be moved in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction in a plane perpendicular to the optical axis. The configuration of the actuators 8 and 9 will be described later.

次に、集光光学ユニット3の構成、およびアクチュエータ8,9の配置について図2を用いて説明する。図2は、集光光学ユニット3、およびアクチュエータ8,9から構成されるX−Yステージの構成図である。   Next, the configuration of the condensing optical unit 3 and the arrangement of the actuators 8 and 9 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a configuration diagram of an XY stage including the condensing optical unit 3 and the actuators 8 and 9.

図2に示す様に、集光光学ユニット3は、集光レンズ301と集光レンズ301を保持するレンズホルダ302等を有し、アクチュエータ8,9によりX軸方向、Y軸方向に移動可能に支持されている。   As shown in FIG. 2, the condensing optical unit 3 includes a condensing lens 301 and a lens holder 302 for holding the condensing lens 301, and can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by actuators 8 and 9. It is supported.

次に、アクチュエータ8,9の構成を図3を用いて説明する。図3(a)は、積層型圧電素子を備えたトラス型アクチュエータの構成図、図3(b)は、圧電素子を固定した素子固定型アクチュエータの構成図、図3(c)は、駆動軸を固定した軸固定型アクチュエータの構成図である。トラス型アクチュエータ、素子固定型アクチュエータ、軸固定型アクチュエータは、いずれも圧電素子とともに振動する振動体を備えた周知のアクチュエータである。本発明に係るレーザ光学装置の実施の形態においてはこの様な振動体を備えたいずれのアクチュエータを用いてもよいが、ここでは素子固定型アクチュエータの構成の概要を説明する。尚、素子固定型アクチュエータの詳細は、例えば特開2002−185055号公報「圧電変換素子」等に開示されているので、ここでは詳細な説明は省略する。また、アクチュエータ9の構成はアクチュエータ8と同様であるので説明は省略する。   Next, the configuration of the actuators 8 and 9 will be described with reference to FIG. 3A is a configuration diagram of a truss-type actuator provided with a multilayer piezoelectric element, FIG. 3B is a configuration diagram of an element-fixed actuator with a piezoelectric element fixed, and FIG. 3C is a drive shaft. It is a block diagram of the axis | shaft fixed actuator which fixed A. The truss type actuator, the element fixed type actuator, and the shaft fixed type actuator are all known actuators including a vibrating body that vibrates together with the piezoelectric element. In the embodiment of the laser optical device according to the present invention, any actuator provided with such a vibrating body may be used. Here, an outline of the configuration of the element fixed actuator will be described. The details of the element-fixed actuator are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-185055 “Piezoelectric Conversion Element”, and the detailed description thereof is omitted here. In addition, the configuration of the actuator 9 is the same as that of the actuator 8, and the description thereof is omitted.

図3(b)に示す様に、素子固定型アクチュエータ8は、圧電素子811、駆動軸812、錘813、および移動体814等を有し、錘8113が筐体等に固定され、電気−機械エネルギー変換素子である圧電素子811に制御部7より駆動信号を入力して微小振動を発生させ、駆動軸812を矢印A方向に振動させることにより、駆動軸812に摩擦係合された移動体814との間で摩擦力により相対運動を発生させるものである。尚、ここでは、レンズホルダ302が移動体814に該当する。   As shown in FIG. 3B, the element-fixed actuator 8 includes a piezoelectric element 811, a drive shaft 812, a weight 813, a moving body 814, and the like, and the weight 8113 is fixed to a housing or the like. A drive signal is input from the control unit 7 to the piezoelectric element 811 that is an energy conversion element to generate minute vibrations, and the drive shaft 812 is vibrated in the direction of arrow A, whereby the moving body 814 that is frictionally engaged with the drive shaft 812. Relative motion is generated by frictional force. Here, the lens holder 302 corresponds to the moving body 814.

次に、レーザ光学装置1の電気回路構成について図4を用いて説明する。図4は、レーザ光学装置1の電気回路ブロック図である。   Next, the electric circuit configuration of the laser optical device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an electric circuit block diagram of the laser optical device 1.

レーザ光学装置1の要部電気回路ブロックは、アナログ信号処理回路10、制御部7等から構成される。   The main electric circuit block of the laser optical device 1 includes an analog signal processing circuit 10, a control unit 7, and the like.

アナログ信号処理回路10は、フォトダイオード6で検出されレーザ光の強度に応じて変換された電流信号を電圧信号に変換する。   The analog signal processing circuit 10 converts the current signal detected by the photodiode 6 and converted according to the intensity of the laser light into a voltage signal.

制御部7は、ローパスフィルタ71、およびA/D変換器721、アライメントコントローラ723、X−PWM724、Y−PWM725等からなる制御CPU72、およびX−増幅器731、Y−増幅器732等からなる駆動回路73から構成される。   The control unit 7 includes a low-pass filter 71, an A / D converter 721, an alignment controller 723, a control CPU 72 including an X-PWM 724, a Y-PWM 725, and a drive circuit 73 including an X-amplifier 731, a Y-amplifier 732, and the like. Consists of

ローパスフィルタ71は、アナログ信号処理回路10から出力された電圧信号に重畳した高周波ノイズを除去する。   The low pass filter 71 removes high frequency noise superimposed on the voltage signal output from the analog signal processing circuit 10.

A/D変換器721は、ローパスフィルタ71から出力された電圧信号をデジタル信号に変換する。   The A / D converter 721 converts the voltage signal output from the low pass filter 71 into a digital signal.

アライメントコントローラ723は、A/D変換器721でサンプリングされたデジタル信号を矩形波位相検波し、矩形波位相検波した結果に基づき、アクチュエータ8,9を駆動する為の駆動信号(駆動パルス)の3つのパラメータ、すなわち、駆動周波数、デューティ比、およびパルス数の値を設定する。尚、アライメントコントローラ723で行われる矩形波位相検波、およびパラメータ設定動作の詳細は後述する。   The alignment controller 723 performs rectangular wave phase detection on the digital signal sampled by the A / D converter 721, and based on the result of the rectangular wave phase detection, 3 of the drive signal (drive pulse) for driving the actuators 8 and 9 is obtained. Two parameters are set: drive frequency, duty ratio, and number of pulses. Details of the rectangular wave phase detection and parameter setting operation performed by the alignment controller 723 will be described later.

X−PWM724、Y−PWM725は、アライメントコントローラ723で設定された3つのパラメータに基づいて、アクチュエータ8,9を、それぞれX軸方向、Y軸方向に駆動する駆動パルスを生成する。   X-PWM 724 and Y-PWM 725 generate drive pulses for driving actuators 8 and 9 in the X-axis direction and Y-axis direction, respectively, based on the three parameters set by alignment controller 723.

ここで、アライメントコントローラ723で行われるパラメータ設定動作、およびX−PWM724、Y−PWM725の動作を図6を用いて説明する。図6(a)は、3つのパラメータを示す図、図6(b)は、設定された3つのパラメータに基づいて生成された前進時の駆動パルスを示すタイムチャート、図6(c)は、設定された3つのパラメータに基づいて生成された後退時の駆動パルスを示すタイムチャートである。   Here, the parameter setting operation performed by the alignment controller 723 and the operations of the X-PWM 724 and the Y-PWM 725 will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram showing three parameters, FIG. 6B is a time chart showing drive pulses at the time of forward movement generated based on the set three parameters, and FIG. It is a time chart which shows the drive pulse at the time of reverse produced | generated based on the set three parameters.

アライメントコントローラ723は、図示しない時間を計時する計時カウンターを備え、A/D変換器721でサンプリングされたデジタル信号に基づいて計時カウンターの閾値TC3を設定する。計時カウンターは、図6(a)に示す様に、設定された閾値TC3でリセットされ、再度計時を繰り返す。これにより、タイマーカウント波形は三角波を呈し、この三角波の周波数が駆動パルスの周波数となる。次に、アライメントコントローラ723は、A/D変換器721でサンプリングされたデジタル信号に基づいて計時カウンターの閾値TC1,TC2を設定する。これらの閾値TC1,TC2によってそれぞれ前進時、後退時の駆動パルスのON時間、すなわちデューティ比が設定される。また、同様にして、アライメントコントローラ723は、A/D変換器721でサンプリングされたデジタル信号に基づいて計時カウンターの計時時間twcを設定する。これにより、駆動パルスのパルス数が設定される。   The alignment controller 723 includes a time counter that measures a time (not shown), and sets a threshold TC3 of the time counter based on the digital signal sampled by the A / D converter 721. As shown in FIG. 6A, the time counter is reset at a set threshold value TC3 and repeats the time measurement again. As a result, the timer count waveform exhibits a triangular wave, and the frequency of this triangular wave becomes the frequency of the drive pulse. Next, the alignment controller 723 sets the thresholds TC1 and TC2 of the time counter based on the digital signal sampled by the A / D converter 721. With these threshold values TC1 and TC2, the ON time of the driving pulse at the time of forward movement and the backward movement, that is, the duty ratio is set. Similarly, the alignment controller 723 sets the time ttwc of the time counter based on the digital signal sampled by the A / D converter 721. As a result, the number of drive pulses is set.

この様にしてアライメントコントローラ723で閾値TC3,TC1,TC2、およびtwcが設定されると、X−PWM724、Y−PWM725は、図6(b)、(c)に示す様に、閾値TC3,TC1,TC2、およびtwcに基づいた駆動周波数、デューティ比、およびパルス数で前進時、および後退時の駆動パルスφPWM1、φPWM2を生成する。尚、図6(a)乃至(c)は、設定されたパルス数が3パルスの場合のタイムチャートを示す。   When the threshold values TC3, TC1, TC2, and twc are set by the alignment controller 723 in this way, the X-PWM 724 and Y-PWM 725 are set to the threshold values TC3, TC1 as shown in FIGS. , TC2, and twc, the drive pulses φPWM1 and φPWM2 at the time of forward and reverse are generated at the drive frequency, duty ratio, and number of pulses. FIGS. 6A to 6C are time charts when the set number of pulses is three.

図4に戻って、X−増幅器731、Y−増幅器732は、それぞれ図5に示す周知のHブリッジ回路を備え、X−PWM724、Y−PWM725で生成された駆動パルスを増幅し、アクチュエータ8,9を駆動する。   Returning to FIG. 4, each of the X-amplifier 731 and the Y-amplifier 732 includes the well-known H bridge circuit shown in FIG. 5, amplifies the drive pulses generated by the X-PWM 724 and Y-PWM 725, and 9 is driven.

この様な構成のレーザ光学装置1において、制御部7は、フォトダイオード6で検出されたレーザ光の強度、すなわち、A/D変換器721でサンプリングされたデジタル信号を矩形波位相検波し、矩形波位相検波した結果に基づいて、アクチュエータ8,9を駆動する為の駆動パルスの3つのパラメータの値を設定する。そして制御部7は、設定した3つのパラメータに基づいた駆動パルスでアクチュエータ8,9を駆動し、集光光学ユニット3の位置を変化させ、集光光学ユニット3によって導かれるレーザ光が光ファイバ22の入射面22a内の中心に向かうように制御する。尚、この様な一連の動作を、以下、「ウォブリング」と称する。   In the laser optical device 1 having such a configuration, the control unit 7 detects the intensity of the laser light detected by the photodiode 6, that is, the digital signal sampled by the A / D converter 721, and detects the rectangular wave phase. Based on the result of wave phase detection, the values of three parameters of drive pulses for driving the actuators 8 and 9 are set. Then, the controller 7 drives the actuators 8 and 9 with drive pulses based on the set three parameters, changes the position of the condensing optical unit 3, and the laser light guided by the condensing optical unit 3 is the optical fiber 22. To be directed toward the center of the incident surface 22a. Such a series of operations is hereinafter referred to as “wobbling”.

ここで、制御部7で行われる矩形波位相検波動作を図7を用いて説明する。図7(a)は、光ファイバ22への入射面22aに投影されたレーザ光のX軸方向のプロファイル、図7(b)は、矩形波位相検波動作を示す模式図である。尚、Y軸方向の矩形波位相検波動作は、X軸方向と同様であるので説明は省略する。   Here, the rectangular wave phase detection operation performed by the control unit 7 will be described with reference to FIG. FIG. 7A is a profile in the X-axis direction of the laser light projected on the incident surface 22a to the optical fiber 22, and FIG. 7B is a schematic diagram showing a rectangular wave phase detection operation. The rectangular wave phase detection operation in the Y-axis direction is the same as that in the X-axis direction and will not be described.

例えば、今、図7(a)に示す様に、集光光学ユニット3によって導かれるレーザ光の光ファイバ22への入射面22a内における位置がX0にあり、その時のフォトダイオード6で検出されたレーザー光の強度がP0である時に矩形波位相検波を開始する。
尚、ここでは、矩形波位相検波の振幅は前述の図6に示す駆動パルスφPWM1、φPWM2で2パルスとする。
For example, as shown in FIG. 7A, the position of the laser beam guided by the condensing optical unit 3 in the incident surface 22a to the optical fiber 22 is X0, and is detected by the photodiode 6 at that time. When the intensity of the laser beam is P0, rectangular wave phase detection is started.
Here, the amplitude of the rectangular wave phase detection is assumed to be two pulses by the drive pulses φPWM1 and φPWM2 shown in FIG.

最初に、正方向に2パルス移動して停止する。この時、レーザ光の位置はX0からX1に移動し、レーザ光の強度はP0からP1に変動する。A/D変換器721は、レーザ光の強度P1を所定の時間サンプリングし、アライメントコントローラ723は、サンプリングされたレーザ光の強度P1を積分する。積分されたレーザ光の強度を図7(b)にPI1として示す。次に、負方向に4パルス移動して停止する。この時、レーザ光の位置はX1からX2に移動し、レーザ光の強度はP1からP2に変動する。A/D変換器721は、レーザ光の強度P2を所定の時間サンプリングし、アライメントコントローラ723は、サンプリングされたレーザ光の強度P2を積分する。積分されたレーザ光の強度を図7(b)にPI2として示す。次に、正方向に2パルス移動して停止する。そして、それぞれの位置で得られた積分値PI1とPI2の差分を求める。該差分を図7(b)にΔPIとして示す。尚、この様にして求められた差分ΔPIを、以下、「矩形波位相検波出力」と称する。   First, it stops by moving two pulses in the positive direction. At this time, the position of the laser beam moves from X0 to X1, and the intensity of the laser beam varies from P0 to P1. The A / D converter 721 samples the laser light intensity P1 for a predetermined time, and the alignment controller 723 integrates the sampled laser light intensity P1. The intensity of the integrated laser beam is shown as PI1 in FIG. Next, it moves 4 pulses in the negative direction and stops. At this time, the position of the laser beam moves from X1 to X2, and the intensity of the laser beam varies from P1 to P2. The A / D converter 721 samples the intensity P2 of the laser beam for a predetermined time, and the alignment controller 723 integrates the intensity P2 of the sampled laser beam. The intensity of the integrated laser beam is shown as PI2 in FIG. Next, it moves 2 pulses in the positive direction and stops. Then, the difference between the integrated values PI1 and PI2 obtained at each position is obtained. The difference is shown as ΔPI in FIG. The difference ΔPI obtained in this way is hereinafter referred to as “rectangular wave phase detection output”.

ここで、矩形波位相検波出力ΔPIについて図8を用いて説明する。図8(a)は、光ファイバ22への入射面22aに投影されたレーザ光のX軸方向のプロファイル、図8(b)は、図8(a)に示すプロファイルに対応する矩形波位相検波出力ΔPIを示す模式図である。図8(b)に示す様に、レーザ光の強度が最大になる位置、すなわち光ファイバ22の入射面22a内の中心では矩形波位相検波出力ΔPIは0になり、レーザ光の強度が最大になる位置の左右では正負の値をとる。   Here, the rectangular wave phase detection output ΔPI will be described with reference to FIG. 8A shows a profile in the X-axis direction of the laser light projected onto the incident surface 22a of the optical fiber 22, and FIG. 8B shows a rectangular wave phase detection corresponding to the profile shown in FIG. 8A. It is a schematic diagram which shows output (DELTA) PI. As shown in FIG. 8B, the rectangular wave phase detection output ΔPI becomes 0 at the position where the intensity of the laser beam is maximized, that is, the center in the incident surface 22a of the optical fiber 22, and the intensity of the laser beam is maximized. It takes positive and negative values at the left and right of the position.

図7に戻って、この様にして求められた矩形波位相検波出力ΔPIに、予め設定しておいた係数(ゲイン)を乗じて補正量(補正パルス数)を求め、求めた補正パルス数で移動させる。そして、この様な動作を繰り返して矩形波位相検波出力ΔPIが0に近づく様に制御する。すなわち、集光光学ユニット3によって導かれるレーザ光が光ファイバ22の入射面22a内の中心に向かうように制御する。   Returning to FIG. 7, the rectangular wave phase detection output ΔPI obtained in this way is multiplied by a coefficient (gain) set in advance to obtain a correction amount (correction pulse number), and the calculated correction pulse number. Move. Such operations are repeated so that the rectangular wave phase detection output ΔPI is controlled to approach zero. That is, the laser light guided by the condensing optical unit 3 is controlled so as to be directed toward the center in the incident surface 22 a of the optical fiber 22.

次に、ウォブリング動作の流れを図9、および図10を用いて説明する。図9は、ウォブリング動作の流れを示すフローチャートである。図10は、ウォブリング動作のタイムチャートである。   Next, the flow of the wobbling operation will be described with reference to FIG. 9 and FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the wobbling operation. FIG. 10 is a time chart of the wobbling operation.

最初に、X軸方向のウォブリング動作を実行する。まず、アライメントコントローラ723は、図10(a)に示す期間tw1においてウォブリング動作を行う為の正方向(前進方向)の駆動パルス数(例えば、2パルス)を設定し、アクチュエータ8を介して集光光学ユニット3をX軸の正方向に2パルス分移動させる(ステップS1)。集光光学ユニット3が移動を停止し、レーザ光の光ファイバ22への入射面22a内における位置が安定すると、A/D変換器721は、サンプリングを開始し(ステップS2)、アライメントコントローラ723は、期間tw2においてA/D変換器721でサンプリングされたレーザ光の強度を積分し、積分値PI1を取得する(ステップS3)。次に、アライメントコントローラ723は、期間tw3において負方向(後退方向)の駆動パルス数(例えば、4パルス)を設定し、アクチュエータ8を介して集光光学ユニット3をX軸の負方向に4パルス分移動させる(ステップS4)。集光光学ユニット3が移動を停止し、レーザ光の光ファイバ22への入射面22a内における位置が安定すると、ステップS2、ステップS3と同様にして、A/D変換器721は、サンプリングを開始し(ステップS5)、アライメントコントローラ723は、期間tw4においてA/D変換器721でサンプリングされたレーザ光の強度を積分し、積分値PI2を取得する(ステップS6)。そして、アライメントコントローラ723は、期間tw5において正方向(前進方向)の駆動パルス数(例えば、2パルス)を設定し、アクチュエータ8を介して集光光学ユニット3をX軸の正方向に2パルス分移動させる(ステップS7)。   First, the wobbling operation in the X-axis direction is executed. First, the alignment controller 723 sets the number of drive pulses (for example, 2 pulses) in the positive direction (forward direction) for performing the wobbling operation in the period tw1 shown in FIG. The optical unit 3 is moved by two pulses in the positive direction of the X axis (step S1). When the condensing optical unit 3 stops moving and the position of the laser beam on the optical fiber 22 in the incident surface 22a is stabilized, the A / D converter 721 starts sampling (step S2), and the alignment controller 723 Then, the intensity of the laser beam sampled by the A / D converter 721 in the period tw2 is integrated to obtain an integrated value PI1 (step S3). Next, the alignment controller 723 sets the number of drive pulses (for example, 4 pulses) in the negative direction (backward direction) in the period tw3, and causes the condensing optical unit 3 to move 4 pulses in the negative direction of the X axis via the actuator 8. Move by one minute (step S4). When the condensing optical unit 3 stops moving and the position of the laser light in the incident surface 22a on the optical fiber 22 is stabilized, the A / D converter 721 starts sampling in the same manner as in steps S2 and S3. Then (step S5), the alignment controller 723 integrates the intensity of the laser light sampled by the A / D converter 721 in the period tw4, and obtains an integral value PI2 (step S6). Then, the alignment controller 723 sets the number of drive pulses (for example, 2 pulses) in the positive direction (forward direction) in the period tw5, and moves the condensing optical unit 3 by two pulses in the positive direction of the X axis via the actuator 8. Move (step S7).

尚、ステップ4において、集光光学ユニット3をX軸の負方向(後退方向)に4パルス分移動させる際には、アクチュエータ8の立ち上がりの過渡時における1パルス毎の駆動量のばらつきを抑える為に、最初に2パルスで駆動し、一旦停止した後に残りの2パルスを駆動する様にしている。   In step 4, when the condensing optical unit 3 is moved by 4 pulses in the negative direction (retreat direction) of the X axis, in order to suppress the variation in the drive amount for each pulse during the transition of the rise of the actuator 8. First, it is driven with two pulses, and after stopping once, the remaining two pulses are driven.

この様にして、積分値PI1、PI2が取得されると、アライメントコントローラ723は、期間tw6において積分値PI1からPI2を減算し差分ΔPIを求め(ステップS8)、差分ΔPIの値が正か否かを判定する(ステップS9)。差分ΔPIの値が正の場合(ステップS9;Yes)、光ファイバ22への入射面22aに投影されるレーザ光の強度が最大になる位置はさらに正方向(前進方向)に有ることから、アライメントコントローラ723は、期間tw7において差分ΔPIに予め設定しておいた係数(ゲイン)を乗じて正方向(前進方向)の補正量(補正パルス数)を求め、求めた補正パルス数でアクチュエータ8を介して集光光学ユニット3をX軸の正方向に補正パルス分移動させる(ステップS10)。一方、ステップS9において、差分ΔPIの値が負の場合(ステップS9;No)、光ファイバ22への入射面22aに投影されるレーザ光の強度が最大になる位置は負方向(後退方向)に有ることから、アライメントコントローラ723は、ステップS10と同様にして、負方向(後退方向)の補正量(補正パルス数)を求め、求めた補正パルス数でアクチュエータ8を介して集光光学ユニット3をX軸の負方向に補正パルス分移動させる(ステップS11)。   In this way, when the integral values PI1 and PI2 are acquired, the alignment controller 723 subtracts PI2 from the integral value PI1 in the period tw6 to obtain a difference ΔPI (step S8), and whether or not the value of the difference ΔPI is positive. Is determined (step S9). When the value of the difference ΔPI is positive (step S9; Yes), the position where the intensity of the laser light projected onto the incident surface 22a to the optical fiber 22 is maximum is further in the positive direction (forward direction). The controller 723 obtains a correction amount (correction pulse number) in the forward direction (forward direction) by multiplying the difference ΔPI by a coefficient (gain) set in advance in the period tw7, and passes the actuator 8 with the obtained correction pulse number. Then, the condensing optical unit 3 is moved by the correction pulse in the positive direction of the X axis (step S10). On the other hand, when the value of the difference ΔPI is negative in step S9 (step S9; No), the position where the intensity of the laser beam projected onto the incident surface 22a to the optical fiber 22 is maximized is in the negative direction (backward direction). Therefore, the alignment controller 723 calculates the correction amount (correction pulse number) in the negative direction (reverse direction) in the same manner as in step S10, and moves the condensing optical unit 3 via the actuator 8 with the calculated correction pulse number. The correction pulse is moved in the negative direction of the X axis (step S11).

この様にして、X軸方向のウォブリング動作が期間twXにおいて1サイクル終了すると、次に、ステップS1乃至ステップS11と同様にして、図10(b)に示す期間twYにおいてY軸方向のウォブリング動作を1サイクル実行する(ステップS12)。そして、この様なX軸方向のウォブリング動作とY軸方向のウォブリング動作をシーケンシャルに繰り返して実行することにより、差分ΔPIが0、すなわち、集光光学ユニット3によって導かれるレーザ光が光ファイバ22の入射面22a内の中心に向かうようにすることができる。   In this way, when one cycle of the wobbling operation in the X-axis direction is completed in the period twX, the wobbling operation in the Y-axis direction is then performed in the period twY shown in FIG. 10B in the same manner as in steps S1 to S11. One cycle is executed (step S12). Then, the difference ΔPI is 0, that is, the laser beam guided by the condensing optical unit 3 is transmitted through the optical fiber 22 by sequentially repeating such a wobbling operation in the X-axis direction and a wobbling operation in the Y-axis direction. It can be made to go to the center in the entrance plane 22a.

尚、前述の実施形態では、X軸方向のウォブリング動作とY軸方向のウォブリング動作をシーケンシャルに交互に切替えて繰り返し実行する様にしたが、X軸方向のウォブリング動作とY軸方向のウォブリング動作の周波数を所定の関係を満たすように設定し、同時に実行する様にしてもよい。   In the above-described embodiment, the wobbling operation in the X-axis direction and the wobbling operation in the Y-axis direction are switched alternately and repeatedly, but the wobbling operation in the X-axis direction and the wobbling operation in the Y-axis direction are repeated. The frequency may be set so as to satisfy a predetermined relationship and executed simultaneously.

具体的には、図11を用いて説明する。図11は、別例によるウォブリング動作のタイムチャートである。   Specifically, this will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a time chart of a wobbling operation according to another example.

ここで、X軸方向のウォブリング動作の周波数をf1、Y軸方向のウォブリング動作の周波数をf2としたときに、f1、f2は下記(式1)または(式2)の関係を満たす値に設定する。
f1=2×n×f2 (式1)
f2=2×n×f1 (式2)
(式中、nは正の整数とする。)
これにより、例えば、Y軸方向のウォブリング動作の周波数f2がX軸方向のウォブリング動作の周波数f1の2倍であるとき、図11(b)に示す様に、Y軸方向のウォブリング動作を実行している間は、レーザ光の光ファイバ22への入射面22a内のX軸方向における位置は、図11(a)に示す様に、ホールドされているので、レーザ光のX軸方向における位置変化によりレーザ光の強度が変動することはない。したがって、レーザ光のY軸方向における位置制御を、X軸方向のウォブリング動作に影響されることなく高精度で行うことができる。その結果、X軸方向のウォブリング動作とY軸方向のウォブリング動作を同時に実行することができ、ウォブリング動作を高速化することができる。
Here, when the frequency of the wobbling operation in the X-axis direction is f1, and the frequency of the wobbling operation in the Y-axis direction is f2, f1 and f2 are set to values satisfying the relationship of the following (Expression 1) or (Expression 2). To do.
f1 = 2 × n × f2 (Formula 1)
f2 = 2 × n × f1 (Formula 2)
(In the formula, n is a positive integer.)
Thus, for example, when the frequency f2 of the wobbling operation in the Y-axis direction is twice the frequency f1 of the wobbling operation in the X-axis direction, the wobbling operation in the Y-axis direction is executed as shown in FIG. During this time, the position of the laser beam in the X-axis direction within the incident surface 22a to the optical fiber 22 is held as shown in FIG. Therefore, the intensity of the laser beam does not change. Therefore, the position control of the laser beam in the Y-axis direction can be performed with high accuracy without being affected by the wobbling operation in the X-axis direction. As a result, the wobbling operation in the X-axis direction and the wobbling operation in the Y-axis direction can be performed simultaneously, and the wobbling operation can be speeded up.

次に、この様な構成のレーザ光学装置1において、通信情報による変調が施されたレーザ信号光に対して行われるウォブリング動作のタイミングについて図12を用いて説明する。図12(a)は、調歩同期式のシリアル通信データに対して行われる一例によるウォブリング動作のタイミング、図12(b)は、調歩同期式のシリアル通信データに対して行われる別例によるウォブリング動作のタイミング、図12(c)は、クロック同期式のシリアル通信データに対して行われるウォブリング動作のタイミングを示すタイムチャートである。   Next, the timing of the wobbling operation performed on the laser signal light modulated by the communication information in the laser optical apparatus 1 having such a configuration will be described with reference to FIG. FIG. 12A shows the timing of an example wobbling operation performed on asynchronous serial communication data, and FIG. 12B shows the example of another wobbling operation performed on asynchronous serial communication data. FIG. 12C is a time chart showing the timing of the wobbling operation performed on the clock synchronous serial communication data.

最初に、調歩同期式のシリアル通信データに対して行われる一例によるウォブリング動作のタイミングについて図12(a)を用いて説明する。   First, the timing of a wobbling operation according to an example performed for asynchronous serial communication data will be described with reference to FIG.

調歩同期式のシリアル通信データSDは、図12(a)に示す様に、スタートビットSTB、データビット(データ信号)DTB、パリティビットPTB、ストップビットSPBから構成され、スタートビットSTBとデータビット(データ信号)DTBとの間に所定の期間Highレベルを出力する期間tw1が設けられている。   Asynchronous serial communication data SD includes a start bit STB, a data bit (data signal) DTB, a parity bit PTB, and a stop bit SPB, as shown in FIG. A period tw1 for outputting a high level for a predetermined period is provided between the data signal and DTB.

この様な構成のシリアル通信データSDに対して、本発明における制御信号に該当するスタートビットSTBに同期して期間tw1内にウォブリング動作を行う。   For the serial communication data SD having such a configuration, a wobbling operation is performed within the period tw1 in synchronization with the start bit STB corresponding to the control signal in the present invention.

次に、調歩同期式のシリアル通信データに対して行われる別例によるウォブリング動作のタイミングについて図12(b)を用いて説明する。   Next, the timing of a wobbling operation according to another example performed for asynchronous serial communication data will be described with reference to FIG.

調歩同期式のシリアル通信データSDは、図12(b)に示す様に、スタートビットSTB、データビット(データ信号)DTB、パリティビットPTB、ストップビットSPBから構成され、ストップビットSPBに続いて所定の期間Highレベルを出力する期間tw2が設けられている。   Asynchronous serial communication data SD is composed of a start bit STB, a data bit (data signal) DTB, a parity bit PTB, and a stop bit SPB, as shown in FIG. 12B, followed by a predetermined bit following the stop bit SPB. A period tw2 for outputting the High level is provided.

この様な構成のシリアル通信データSDに対して、本発明における制御信号に該当するストップビットSPBに同期して、期間tw2内にウォブリング動作を行う。   For the serial communication data SD having such a configuration, a wobbling operation is performed within the period tw2 in synchronization with the stop bit SPB corresponding to the control signal in the present invention.

次に、クロック同期式のシリアル通信データおよびクロックに対して行われるウォブリング動作のタイミングについて図12(c)を用いて説明する。   Next, the timing of the wobbling operation performed on the clock synchronous serial communication data and the clock will be described with reference to FIG.

クロック同期式のシリアル通信データSDおよびクロックCLKは、図12(c)に示す様に、データビット(データ信号)DTBが出力される前の任意のクロックCLK1に同期して所定の期間Highレベルを出力する期間tw3が設けられている。   As shown in FIG. 12C, the clock-synchronized serial communication data SD and the clock CLK have a high level for a predetermined period in synchronization with an arbitrary clock CLK1 before the data bit (data signal) DTB is output. An output period tw3 is provided.

この様な構成のシリアル通信データSDおよびクロックCLKに対して、任意のクロックCLK1に同期して、期間tw3内にウォブリング動作を行う。   For the serial communication data SD and the clock CLK having such a configuration, a wobbling operation is performed within the period tw3 in synchronization with an arbitrary clock CLK1.

この様に、本発明に係るレーザ光学装置1においては、シリアル通信データによる変調が施されたレーザ信号光に対してウォブリング動作を行う場合、シリアル通信データSDに含まれるスタートビットSTBまたはストップビットSPB、あるいは任意のクロックCLK1等にそれぞれ同期した期間tw1、tw2、tw3内にウォブリング動作を行う様にした。したがって、シリアル通信データSDに含まれるデータビット(データ信号)DTBが出力されている期間twDはウォブリング動作は実行されることなくアクチュエータ8,9の駆動は停止されていることから、集光光学ユニット3の位置は固定されている。これにより、データビット(データ信号)DTBは、ウォブリング動作によるレーザ信号光の強度変化に影響されることなく正確に伝送されることが可能となる。また、ウォブリング動作は、間断なく実行することなく、期間tw1、tw2、tw3内にのみ実行する様にしたので、消費電力の増加を抑制することができる。   As described above, in the laser optical device 1 according to the present invention, when the wobbling operation is performed on the laser signal light modulated by the serial communication data, the start bit STB or the stop bit SPB included in the serial communication data SD. Alternatively, the wobbling operation is performed in the periods tw1, tw2, and tw3 that are respectively synchronized with an arbitrary clock CLK1 or the like. Therefore, since the driving of the actuators 8 and 9 is stopped without executing the wobbling operation during the period twD in which the data bit (data signal) DTB included in the serial communication data SD is output, the condensing optical unit is stopped. The position of 3 is fixed. As a result, the data bit (data signal) DTB can be accurately transmitted without being affected by the intensity change of the laser signal light due to the wobbling operation. In addition, since the wobbling operation is performed only within the periods tw1, tw2, and tw3 without being performed without interruption, an increase in power consumption can be suppressed.

次に、画像情報による変調が施されたレーザ信号光に対して行われるウォブリング動作のタイミングについて図13を用いて説明する。図13(a)は、画像データに対して行われる一例によるウォブリング動作のタイミング、図13(b)は、画像データに対して行われる別例によるウォブリング動作のタイミングを示すタイムチャートである。   Next, the timing of the wobbling operation performed on the laser signal light modulated by the image information will be described with reference to FIG. FIG. 13A is a timing chart illustrating an example of the wobbling operation performed on the image data, and FIG. 13B is a time chart illustrating the timing of another example of the wobbling operation performed on the image data.

最初に、画像データに対して行われる一例によるウォブリング動作のタイミングについて図13(a)を用いて説明する。   First, the timing of the wobbling operation according to an example performed on the image data will be described with reference to FIG.

図13(a)に示す様に、垂直同期信号VDに同期して垂直同期信号VDが出力されている期間tw5内にウォブリング動作を行う。これにより、画像信号(データ信号)が出力されている期間twSはウォブリング動作は実行されることなくアクチュエータ8,9の駆動は停止されていることから、集光光学ユニット3の位置は固定されている。したがって、画像信号(データ信号)は、ウォブリング動作によるレーザ信号光の強度変化に影響されることなく正確に伝送されることが可能となる。また、フレーム毎にウォブリング動作が1サイクル完了し、レーザ信号光の位置、すなわち強度が適正化されるのでSN比の良好な画像信号(データ信号)が得られる。尚、ウォブリング動作は、垂直同期信号VDの替わりに垂直帰線期間内、また、水平同期信号が出力されている期間内に行う様にしてもよい。   As shown in FIG. 13A, the wobbling operation is performed within a period tw5 in which the vertical synchronization signal VD is output in synchronization with the vertical synchronization signal VD. Accordingly, during the period twS during which the image signal (data signal) is output, the driving of the actuators 8 and 9 is stopped without executing the wobbling operation, so the position of the condensing optical unit 3 is fixed. Yes. Accordingly, the image signal (data signal) can be accurately transmitted without being affected by the intensity change of the laser signal light due to the wobbling operation. Further, one cycle of the wobbling operation is completed for each frame, and the position of the laser signal light, that is, the intensity is optimized, so that an image signal (data signal) with a good SN ratio can be obtained. The wobbling operation may be performed in the vertical blanking period instead of the vertical synchronization signal VD or in the period in which the horizontal synchronization signal is output.

次に、画像データに対して行われる別例によるウォブリング動作のタイミングについて図13(b)を用いて説明する。   Next, the timing of the wobbling operation according to another example performed on the image data will be described with reference to FIG.

図13(b)に示す様に、集光光学ユニット3を垂直同期信号VDに同期して、第1フレームでは例えば正方向に移動させ、第2フレームでは負方向に移動させる。そして、第3フレームで、第1フレームおよび第2フレームにより得られた矩形波位相検波出力ΔPIに基づいた補正量で移動させる。この様に、例えば3つのフレームに渡って1サイクルのウォブリング動作を行うことにより、矩形波位相検波期間を長くすることができる。この様に、1サイクルの位置合わせを複数の期間にまたがって行うことで矩形波位相検波のSN比を向上させることができる。   As shown in FIG. 13B, the condensing optical unit 3 is moved in the positive direction, for example, in the first frame and in the negative direction in the second frame in synchronization with the vertical synchronization signal VD. Then, the third frame is moved by a correction amount based on the rectangular wave phase detection output ΔPI obtained by the first frame and the second frame. In this way, for example, the rectangular wave phase detection period can be lengthened by performing one cycle of the wobbling operation over three frames. In this way, the S / N ratio of the rectangular wave phase detection can be improved by performing alignment in one cycle over a plurality of periods.

この様に、本発明に係るレーザ光学装置1においては、通信データや画像データ等の情報による変調が施されたレーザ信号光において、該レーザ信号光が光ファイバ22の入射面22a内の中心に向かうように制御を行う場合、通信データや画像データの情報に含まれる制御信号、例えばスタートビットSTBまたはストップビットSPB、あるいは任意のクロックCLK1、また、垂直同期信号VD等にそれぞれ同期した期間tw1、tw2、tw3、tw5にアクチュエータ8,9を駆動させる様にした。したがって、通信データや画像データ等に含まれるデータビットDTBや画像信号等のデータ信号が出力されている間はアクチュエータ8,9の駆動は停止されていることから、集光光学ユニット3の位置は固定されている。これにより、データビットDTBや画像信号等のデータ信号は、ウォブリング動作によるレーザ信号光の強度変化に影響されることなく正確に伝送されることが可能となる。また、ウォブリング動作は、間断なく実行することなく、例えば期間tw1、tw2、tw3、tw5にのみ実行する様にしたので、消費電力の増加を抑制することができる。   As described above, in the laser optical device 1 according to the present invention, in the laser signal light modulated by information such as communication data and image data, the laser signal light is centered in the incident surface 22 a of the optical fiber 22. When the control is performed so as to go, a control signal included in information of communication data or image data, for example, a start bit STB or a stop bit SPB, an arbitrary clock CLK1, a period tw1 synchronized with a vertical synchronization signal VD, etc. The actuators 8 and 9 are driven by tw2, tw3, and tw5. Accordingly, the actuators 8 and 9 are stopped while data signals such as data bits DTB and image signals included in communication data and image data are output. It is fixed. As a result, data signals such as the data bit DTB and the image signal can be transmitted accurately without being affected by the intensity change of the laser signal light due to the wobbling operation. In addition, the wobbling operation is performed without interruption, for example, only during the periods tw1, tw2, tw3, and tw5, so that an increase in power consumption can be suppressed.

また、圧電素子811と、該圧電素子811とともに振動できるように固定された振動体(駆動軸812)と、該振動体に摩擦係合され移動体814と、を備え、該移動体814に搭載された集光光学ユニット3を移動させるアクチュエータ8,9を用いて、集光光学ユニット3によって導かれるレーザ信号光が光ファイバ22の入射面22a内の中心に向かうように制御する様にした。すなわち、微小振動を行うことができる振動体(駆動軸812)により集光光学ユニット3を移動させる様にしたので、高分解能、高精度でサブミクロンオーダの位置制御が可能となり、いつも高い性能を維持することができる。また、アクチュエータ8,9は摩擦係合を利用して集光光学ユニット3を移動させるので、アクチュエータ8,9への通電を停止し駆動を停止させている間、集光光学ユニット3は姿勢を維持することができる。したがって、消費電力の増加を招くことなく容易に集光光学ユニット3の位置を固定することができる。   In addition, a piezoelectric element 811, a vibrating body (drive shaft 812) fixed so as to vibrate together with the piezoelectric element 811, and a moving body 814 that is frictionally engaged with the vibrating body are mounted on the moving body 814. The laser signal light guided by the condensing optical unit 3 is controlled so as to be directed toward the center in the incident surface 22a of the optical fiber 22 by using the actuators 8 and 9 for moving the condensing optical unit 3. That is, since the condensing optical unit 3 is moved by a vibrating body (drive shaft 812) capable of performing minute vibrations, position control on the order of submicrons is possible with high resolution and high accuracy, and high performance is always achieved. Can be maintained. Further, since the actuators 8 and 9 move the condensing optical unit 3 using frictional engagement, the condensing optical unit 3 takes an attitude while the energization to the actuators 8 and 9 is stopped and the driving is stopped. Can be maintained. Therefore, the position of the condensing optical unit 3 can be easily fixed without increasing the power consumption.

本発明に係るレーザ光学装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a laser optical device according to the present invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるX−Yステージの構成図である。It is a block diagram of the XY stage in the laser optical apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるアクチュエータの構成図である。It is a block diagram of the actuator in the laser optical apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置における電気回路ブロック構成図である。It is an electric circuit block block diagram in the laser optical apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるアクチュエータの駆動回路構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the drive circuit structure of the actuator in the laser optical apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるアクチュエータの駆動信号のタイムチャートである。It is a time chart of the drive signal of the actuator in the laser optical apparatus concerning the present invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるウォブリング動作を示す模式図である。It is a schematic diagram showing a wobbling operation in the laser optical device according to the present invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるレーザプロファイルと位相検波出力の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the laser profile and phase detection output in the laser optical apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置におけるウォブリング動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the wobbling operation | movement in the laser optical apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置における一例によるウォブリング動作のタイムチャートである。It is a time chart of the wobbling operation | movement by an example in the laser optical apparatus based on this invention. 本発明に係るレーザ光学装置における別例によるウォブリング動作のタイムチャートである。It is a time chart of the wobbling operation | movement by another example in the laser optical apparatus based on this invention. シリアルデータにおけるウォブリング動作のタイムチャートである。It is a time chart of the wobbling operation in serial data. 映像信号におけるウォブリング動作のタイムチャートである。It is a time chart of the wobbling operation | movement in a video signal.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ光学装置
21,22 光ファイバ
3 集光光学ユニット
301 集光レンズ
302 レンズホルダ
41,42 コリメータレンズ
5 ハーフミラー
6 フォトダイオード(PD)
7 制御部
71 ローパスフィルタ(LPF)
72 制御CPU
721 A/D変換器
723 アライメントコントローラ
724,725 X−PWM,Y−PWM
73 駆動回路
731,732 X増幅器,Y増幅器
8,9 アクチュエータ(X軸,Y軸)
811 圧電素子
812 駆動軸
813 錘
814 移動体
10 アナログ信号処理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser optical apparatus 21, 22 Optical fiber 3 Condensing optical unit 301 Condensing lens 302 Lens holder 41, 42 Collimator lens 5 Half mirror 6 Photodiode (PD)
7 Controller 71 Low-pass filter (LPF)
72 Control CPU
721 A / D converter 723 Alignment controller 724, 725 X-PWM, Y-PWM
73 Driving circuit 731 732 X amplifier, Y amplifier 8, 9 Actuator (X axis, Y axis)
811 Piezoelectric element 812 Drive shaft 813 Weight 814 Moving body 10 Analog signal processing circuit

Claims (6)

情報による変調を施されたレーザ信号光を出射するレーザ光出射部と、
前記レーザ光出射部より出射されたレーザ信号光を受光するレーザ光受光部と、
前記レーザ光出射部より出射されたレーザ信号光を前記レーザ光受光部に導く集光光学ユニットと、
前記集光光学ユニットを移動させるアクチュエータと、
前記レーザ光受光部に導入されたレーザ信号光の強度を検出する強度検出部と、
前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と、を有するレーザ光学装置において、
前記情報は、制御信号とデータ信号とを含み、
前記制御信号は、一定の周期で繰返し出力され、
前記制御部は、
前記レーザ信号光に含まれる前記制御信号に同期して、前記データ信号が出力されていない期間に、前記集光光学ユニットを微小振幅で往復させるように前記アクチュエータを駆動して、前記強度検出部で検出されたレーザ信号光の強度に基づいて、前記集光光学ユニットによって導かれるレーザ信号光と前記レーザ光受光部との位置合わせを繰り返すことを特徴とするレーザ光学装置。
A laser beam emitting unit that emits laser signal light modulated by information;
A laser light receiving part for receiving the laser signal light emitted from the laser light emitting part;
A condensing optical unit for guiding the laser signal light emitted from the laser light emitting unit to the laser light receiving unit;
An actuator for moving the condensing optical unit;
An intensity detector that detects the intensity of the laser signal light introduced into the laser beam receiver;
A laser optical device having a control unit that controls driving of the actuator;
The information includes a control signal and a data signal,
The control signal is repeatedly output at a constant period,
The controller is
In synchronism with the control signal included in the laser signal light, the intensity detection unit drives the actuator to reciprocate the condensing optical unit with a minute amplitude during a period when the data signal is not output. A laser optical device that repeats alignment of the laser signal light guided by the condensing optical unit and the laser light receiving unit based on the intensity of the laser signal light detected in step (1) .
前記情報は、通信情報あるいは画像情報であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ光学装置。   The laser optical device according to claim 1, wherein the information is communication information or image information. 前記制御信号は、前記情報に含まれる同期信号であることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ光学装置。   The laser optical device according to claim 1, wherein the control signal is a synchronization signal included in the information. 前記アクチュエータ、前記集光光学ユニットを、その光軸に垂直な直交する2方向に移動させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザ光学装置。 The actuator laser optical apparatus according to pre-Symbol condensing optical unit, in any one of claims 1 to 3, wherein the moving in two directions perpendicular orthogonal to the optical axis. 前記制御信号は、一定の周期で繰返し出力され、
前記制御部は、隣接する少なくとも2つの、前記制御信号に同期して、前記データ信号が出力されていない期間に前記集光光学ユニットが1サイクルの位置合わせを行うように前記アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ光学装置。
The control signal is repeatedly output at a constant period,
The controller drives the actuator so that the condensing optical unit performs one-cycle alignment in a period in which the data signal is not output in synchronization with at least two adjacent control signals. The laser optical device according to claim 1, wherein:
前記アクチュエータは、圧電素子と、該圧電素子とともに振動できるように固定された振動体と、該振動体に摩擦係合された移動体と、を有し、
前記集光光学ユニットが前記移動体に搭載されたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザ光学装置。
The actuator includes a piezoelectric element, a vibrating body fixed so as to vibrate with the piezoelectric element, and a moving body frictionally engaged with the vibrating body,
6. The laser optical apparatus according to claim 1, wherein the condensing optical unit is mounted on the moving body.
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